Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Sorge um die Versorgungssicherheit der deutschen Volkswirtschaft bei strategischen Rohstoffen ist in den letzten Jahren zunehmend in das \u00f6ffentliche Bewusstsein ger\u00fcckt. Der zur Gewinnung n\u00f6tige Bergbau und auch ein stoffliches Recycling sind dabei ohne teils erhebliche Umweltbelastungen nach wie vor nicht realisierbar. Bei einer Gewinnung aus Thermalsolen k\u00f6nnten solche Auswirkungen weitgehend vermieden werden, da die Solen in geothermischen Kraftwerken ohnehin zu Tage gef\u00f6rdert werden. Zudem liegen die interessierenden Stoffe bereits gel\u00f6st vor, sodass aufwendige Laugungsprozesse zum Herausl\u00f6sen aus der Gesteinsmatrix nicht ben\u00f6tigt werden. Diesen offensichtlichen Vorteilen stehen allerdings niedrige Gehalte gegen\u00fcber, sodass speziell angepasste Verfahren f\u00fcr eine Abtrennung aus dem F\u00f6rderstrom zu untersuchen und auszuw\u00e4hlen waren. Standorte, die f\u00fcr eine Rohstoffgewinnung prinzipiell geeignet sind, waren zu identifizieren und die Realisierungschancen einzusch\u00e4tzen. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenW\u00e4hrend der ersten Bearbeitungsphase des Projektes wurde ein analytisches Screening an bestehenden Geothermiestandorten durchgef\u00fchrt. Die engere Auswahl erfolgte dabei auf der Grundlage von Recherchen u. a. in Bohrlochdatenbanken. Die Arbeiten umfassten weiterhin die Probenahme vor Ort und detaillierte chemische Untersuchungen im Hinblick auf strategische bzw. sonstige wertvolle chemische Elemente. Auf Basis der Analysenwerte und von F\u00f6rderdaten wurden konkrete chemische Elemente und Soletypen f\u00fcr das technologische Screening ausgew\u00e4hlt.
\nDas technologische Screening umfasste die Bewertung der Eignung grundlegender Anreicherungs- und Gewinnungstechnologien f\u00fcr die Abtrennung der interessierenden chemischen Elemente aus dem F\u00f6rderstrom. Zu erproben waren u. a. elektrochemische Abscheideverfahren, Adsorption, Extraktion und eine selektive F\u00e4llung. Die Untersuchungen zur Eignung der Verfahren wurden zun\u00e4chst unter Laborbedingungen durchgef\u00fchrt. F\u00fcr die weiteren Tests wurde ein Geothermieversuchsstand genutzt, was eine Erprobung auch unter Praxisbedingungen gestattete. Ausgehend von den erzielten Ergebnissen wird eine vorl\u00e4ufige Bewertung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit vorgenommen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des analytischen und hydrochemischen Screenings wurden 13 Geothermiestandorte bewertet, an denen stark mineralisierte Tiefenw\u00e4sser gef\u00f6rdert werden oder f\u00fcr die entsprechende Daten aus der Prospektion vorlagen. Die Standorte befinden sich meist im Norddeutschen Becken. An vier dieser Lokalit\u00e4ten konnten Spurenelementgehalte u.a. f\u00fcr Lithium, Gallium, Indium, Tellur, Kupfer, Cobalt festgestellt werden, die aus Sicht einer stofflichen Nutzung von Interesse sind. Unbeschadet des-sen stellen nat\u00fcrlich auch die chemischen Hauptbestandteile der nachgewiesenen Salzsolen (NaCl, KCl) eine potentielle Rohstoffressource dar, die Fallweise im Ma\u00dfstab von mehr als 100 kt\/a nutzbar w\u00e4re.<\/p>\n
Im Rahmen des sich anschlie\u00dfenden verfahrenstechnischen Screenings wurde zun\u00e4chst eine Vorauswahl unter den gebr\u00e4uchlichen Anreicherungs- und Trennverfahren vorgenommen, wobei festzustellen war, das zahlreiche dieser Verfahren zu den in der Tiefen Geothermie anzutreffenden chemisch-physikalischen Systembedingungen nicht kompatibel sind. F\u00fcr die weitere Bewertung wurden die Verfahren galvanische Abscheidung, Adsorption, fl\u00fcssig-fl\u00fcssig-Extraktion, sowie eingeschr\u00e4nkt, eine F\u00e4llung n\u00e4her Untersucht. Diese Untersuchungen erfolgten \u00fcberwiegend unter Laborbedingungen mit Modellsolen sowie mit nat\u00fcrlichen Soleproben. Die galvanische Abscheidung konnte auch unter In-situ-Bedingungen erfolgreich erprobt werden.<\/p>\n
Als aussichtsreich wird die Gewinnung der Spurenmetalle durch galvanische Abscheidung In-situ angesehen. Sie gelingt ohne nennenswerte Auswirkungen auf die hydrochemischen Verh\u00e4ltnisse in der Thermalsole mit geringem energetischem und mit \u00fcberschaubarem technischem Aufwand. Die galvanische Abscheidung gelingt trotz niedriger Konzentrationsniveaus f\u00fcr chemische Elemente wie Indium, Tellur, Kupfer, Blei mit sehr guten und f\u00fcr zahlreiche andere wie Nickel, Cobalt, Gallium, Thallium, Zink mit guten Ausbeuten. Die Adsorption wird speziell f\u00fcr die Gewinnung der seltenen und teuren Alkalimetalle C\u00e4sium und Rubidium als aussichtsreich angesehen. In entsprechenden Versuchen mit selektiven Adsorbenzien konnten hohe Anreicherungen erzielt werden. F\u00e4llungsprozesse erwiesen sich insgesamt als wenig geeignet. Speziell Lithium lie\u00df sich bis hin zu Ausgangskonzentrationen von 0,5 g\/l nur mit unbefriedigender Ausbeute gewinnen. Auch eine fl\u00fcssig-fl\u00fcssig Extraktion ist nur zur weiteren Aufarbeitung von Vorkonzentraten aus der galvanischen Abscheidung oder der selektiven Adsorption einsetzbar. <\/p>\n
Es wurden Entwicklungsarbeiten f\u00fcr einen galvanischen Abscheider durchgef\u00fchrt und ein Prototyp ge-fertigt und erprobt. Um das umfangreich erworbene Kow-how zu sichern, wurden beim Deutschen Patent- und Markenamt M\u00fcnchen Schutzrechte f\u00fcr Verfahren und Vorrichtung beantragt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ausgew\u00e4hlte Ergebnisse des Projektes konnten bei internationalen Tagungen vorgestellt werden:<\/p>\n
– IMWA 2016 – Mining Meets Water, Leipzig: \u0084Membrane electrolysis \u0096 a promising technology for mine water treatment, radionuclide separation and extraction of valuable metals\u0093<\/p>\n
– Internationaler Geothermiekongress Essen 2016: \u0084Elektrochemische Abtrennung scalingrelevanter Schwermetallkationen und geogener Radionuklide aus geothermalen Tiefenw\u00e4ssern\u0093<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Gewinnung seltener\/strategischer Metalle auf Basis von Thermalsolen ist selbst bei den niedrigen Gehalten prinzipiell durchf\u00fchrbar. Das entwickelte Verfahren zur galvanischen Abscheidung und vor allem die zugeh\u00f6rige Vorrichtung sind auf dem jetzigen Entwicklungsstand technisch jedoch noch nicht hinreichend erprobt und optimiert, um einen Praxiseinsatz zu gestatten. F\u00fcr eine Weiterentwicklung und Ma\u00dfstabsvergr\u00f6\u00dferung bestehen gute Voraussetzungen. Von Anwenderseite besteht weiterhin erhebliches Interesse an einer solchen Technologie.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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